JAVA并发概要

什么是JAVA并发

java并发提高程序的执行速度，然而并不是多线程就一定比单线程高效，而且并发容易出错；若要实现正确并且高效的并发，那么要注意三个问题：上下文切换、死锁、资源限制。

上下文切换

上下文切换：当一条线程的时间片使用完成后，操作系统暂停线程该线程，保存他的状态信息，然后操作系统从线程堆中随机选取一个线程来执行，这个过程，称为上下文切换。

但是：上下文切换都是有额外的开销的；

线程的运行机制

• 一个Cpu在每个时刻只能执行一条线程
• 操作系统给每个线程分配不同长度的时间片
• 操作系统从线程堆中随机选取一条来执行

每条线程用完他的时间片后，尽管任务还没有完成，操作系统也会剥夺他的执行权，让其他的线程执行。

上下文切换的过程

• 暂停正在运行的线程。
• 保存其相关信息
• 从队列中随机选取线程
• 读取线程的上下文信息，继续执行

上下文切换是有额外的开销的

每次上下文切换都需要保存当前线程的执行状态，并加载新的线程的先前的状态。如果上下文切换频繁，CPU在上下文切换的时间占比就会上升，然而真正处理的任务时间就会下降。故：为了提高并发程序的执行效率，需要减少线程的数量。

上下文切换的方式

1. 减少线程的数量。
2. 控制同一锁上的线程数量。如果多个线程公用同一把锁，那么当其中的一个线程获得锁后，其他的线程就会被阻塞掉；当该线程释放锁后，操作系统就会用被阻塞的进程中选取一个来执行，从而造成上下文的切换。控制同一把锁下面的线程数量，可以提高并发程序的执行效率。
3. 采用无锁开发编程。从②可得，如果不用锁的话，那么就不会产生阻塞就不会出现上下文切换。实现无锁并发编程有两种策略：①需要并发执行的任务是无状态的：HASH分段；无状态指的是在并发执行的任务之间没有共享变量，他们都是独立执行的，对其按照其ID进行HASH分段，每一段都会有一个线程执行。②需要并发执行的任务是由状态的：CAS算法；如果任务需要修改共享变量，那么必须控制线程的执行顺序，否则会出现安全问题，也可以给任务加锁，保证其原子性和可见性，但是线程执行会引发阻塞，从而出现上下文切换，使用CAS算法，在线程的内部完成共享变量的更新，就不会引发阻塞，那么就不会出现上下文切换。

死锁

当多个线程相互等待已经被对方占用资源时，就会发现死锁。

怎么避免死锁

• 不要在同一个线程中嵌套使用多个锁。
• 不要在同一条线程中嵌套占用多个计算机资源。
• 如果坚持在同一个线程中嵌套使用多个锁或者占用多个计算机资源，那么需要给锁加一个超时时间，来避免相互等待的情况。

计算机的资源会限制并发

并不是线程越多速度越快

在并发编程中，有时候线程多了反而效率会低下；①线程增多导致上下文切换增加，Cpu在上下文执行的时间增多，那么相应的处理时间就减少了。②计算机资源会限制程序的并发程序。

重排序

重排序指编译器和处理器不改变运算结果的情况下，重新排列指令的执行顺序，达到最大的执行效率。

重排序分类：编译器排序和处理器排序

注意：编译器排序和处理器排序，并不会随意的改变指令的执行顺序，因为有些指令具有依赖关系的，若改变其顺序就会出现错误的结果。编译器和处理器只会对没有数据依赖关系的指令排序。

数据依赖：若相邻的两个指令访问同一个变量，并且其中有一条指令执行写操作，那么这样的两条指令存在数据依赖。对有数据依赖的指令，编译器和处理器都不会对其重排序。

数据依赖有3中情况：读后写，写后写，写后读；